Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля Советский патент 1988 года по МПК G01R17/10 

Изобретение относится к измериельной технике и предназначено для спользования в устройствах измереия неэлектрических физических вели- ин, преобразующих входной сигнал в Электрический с помощью резисторных змерительных мостов, например тензо- езисторных, а также в измерителях сопротивлений мостового типа, Q

Цель изобретения - повьшение точности преобразования и упрощение схеы за счет устранения погрешностей реобразования из-за изменений тока вух смежных плеч моста и за счет 15 применения пассивного элемента - ре- зисторной матриць.

На фиг,1 изображена схема тензо- метрического усилителя с автоматической установкой нуля; на фиг. 2 - эпю-20 ры напряжений при положительном (отрицательном) напряжении на выходе изме- рительного усилителя

Устройство содержит тензомост 1, измерительный усилитель 2, источник 25 3 питания, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4 автоматической бапан- сировТки, состоящий из блока 2 управления и согласующего блока б,

Тензомост имеет четыре резистор- Q ных плеча 7 - 10 Вершины соёдине™ кия плеч 7 и 8, 9 и 10 образуют полюса диагонали питания, а плеч 7 и 10, 8 и 9 - полюса измерительной диагонали. Измерительный усилитель 2 составлен из двух каскадов. Первый каскад представляет собой параллельную операционную схему, состоящую из операционного усилителя 11, охваченного отрицательной обратной Q связью с помощью резистора 12, входы операционного усилителя подключены к полюсам измерительной диагонали, а выход усилителя 11 -соединен с вто-, рым каскадом 13, демодулирующим,

Источник 3 питания содержит генератор 14 тока подключенЩ)1й к верхнему полюсу.диагонали питания, и операционньй усилитель 15, выход которого подключен к нижнему полюсу диагонали питания, неинвертирующий вход - к общей шине, а инвертирующий - к тому полюсу измерительной диагонали, к которому подключен неинвертирующий вход операционного усилителя 11, ЦАП содержит резисторную матрицу 16, ветви которой подключены к переключающим контактам двухпо- зиционных ключей 17; соединенные

35

50

55

Q

5

0 5

Q Q

5

50

вместе одноименные нормально замкнутые и нормально разомкнутые контакты ключей 17 образуют соответственно выходь 18,19 преобразователя 4, которые подключены к полюсам измерительной диагонали тензомоста 1.

Вход резисторной матрицы 16 соединен через согласующий блок 6 с- источником 3 питания. Блок 6 содержит два компаратора 20 и 21, пороговое устройство 22, элемент 2И-НЕ 23, ключ 24, выполненный на элементе ЗИ-НЕ, генератор 25 импульсов и реверсивный счетчик 26, имеющий счетный вход С и вход режима счета tl. Инвертирующий вход компаратора 20 и неинвертирующий вход компаратора 21 подключены к выходу измерительного усилителя 2, неинвертирующий вход компаратора 20 подключен к положительному полюсу +UnoP а инвертирующий вход компаратора 21 - к отрицательному плюсу -Ujvop, порогового устройства 22, Выходы компараторов 20 и 21 подключены к входам элемента 2И-НЕ 23, кроме того, выход компаратора 20 подключен к входу режима счета il рейерсивного счетчика 26. Генератор 25 импульсов подключен к первому входу ключа 24,на второй вход которого подается команда Балгщсировка, а к третьему входу подключен выход элемента 23. Выход ключа 24 подключен к счетному входу С реверсивного счетчика 26, выходы которого подключены к ключам

17 ЦАП 4.

1

Тензометрический усилитель с автоматической балансировкой работает следующим образом. .

От генератора 14 тока к тензомос- ту 1 и согласующему блоку 6 подводится стабильный ток I,, (фиг .2а) .Часть этого тока подводится к ЦАП 4 через согласующий блок 6, который поддерживает на резисторной матрицы 16 стабильное напряжение . Ток втекающий в матрицу 16, распределяется ключами 17 между токовыми выходами 18 и 19 и используется для балансировки, а его значение определяется выражением

1

Uon

R

н

где R м - входное сопротивление резисторной матрицы 16.

К верхнему полюсу диагонали питания тензомоста 1 подводится остальной ток, равный 1о-1(У.

Операционный усилитель II, осуществляющий виртуальное закорачивание, измерительной диагонали, и операционный усилитель 15 поддерживают на полюсах потенциалы, близкие к нулю. Кроме того, операционный усилитель 15 обеспечивает протекание через плечи 9 и 10 суммарного тока lo, заданного генератором 14 тока, независимо от их сопротивления.

нию) тока на его выходе 19 (фиг.2к), увеличению (уменьшению) тока на выходе 18 (фиг,2и) и, соответственно,

уменьшению (увеличению) тока плеча 9 и увеличению (уменьшению) тока плеча 10, При этом сигнал разбаланса IP (фиг,2л) моста уменьшается, а выходной сигнал (фиг.2б) измерительного усилителя 2 линейно убывает (возрастает), В момент, когда выходной сигнал Ubw. станет меньше (больше) порогового. +ППОР (-UnoP ), т,е, вьтолнится условие +Упо1 ибыу

Изобретение может быть использовано в устройствах измерения не- злектрических физических валичин,пре- образующих входной сигнал в электрический с помощью резистор гьгх измерительных мостов, например тензорезис- торных. Тензометрический усилитель с автоматической установкой нуля содержит измерительный усилитель 2,источник 3 питания, блок 5 управления, согласующий блок 6, тензомост I с ре- зисторными плечами 7-10, Цифроанало- говьлй преобразователь 4, содеркащий резисториую матрицу 16, двухпозицион- ные ключи 17. Тензометрический усилитель имеет упрощенную электрическую схему, что дос-гагнуто использованием для балансировки пассивного элемента - резисторной матрицы, и повышенную точность преобразования за счет отсутствия систематической пог-. решности измерений, 1 з.п.ф-лы, 2ил« (Л С

С порогового устройства 22 на ком- 15 -Unoo на выходах компараторов 20

и 21 -установятся сигналы 1 (фиг,2 г), которые установят на выходе эл мента 23 сигнал О (фяг,2д) Этот сигнал закроет ключ 24 и запретит прохождение сигналов (фиг,2ж) с ген ратора 25 импульсов на реверсивный счетчик 26, На входах счетчика 26 зафиксируется код, соответствующий сбалансированному состоянию тензоусилителя ,

параторы 20 и 21 подаются сигналы +Uhap и -ИПОР соотв.етственно, которые определяют зону сбалансированности тензоусилителя. Если выходной сигнал Ujibix. измерительного усилителя 2 попадает в эту зону, т,е, +Unop UiibiY -Unop, то тензоусили- тель считается сбалансированным, а значение его выходного сигнала принимается равным нулю.

Если тензоусилитель разбаланси™ рован, то на выходе измерительного усилителя 2 имеется выходной сигнал вых .(фиг,2б) положительной (или отрицательной) полярности. Этот сигнал обусловлен протеканием тока 1р (фиг,2л) через резистор 12 обрат- , ной связи, который втекает (вытекает в левый полюс измерительной диагонали и который является сигналом разбаланса тензомоста 1, Так как выходной сигнал больше (меньше) порогового +Uf,op (UeMx -УПОР ), то срабатывает компаратор 20(21) и на его выходе устанавливается сигнал О (фиг,2в,г), под действием которого рквёрсивный счетчик 26 установится в режим обратного счета -1 (прямого счета +),. а на выходе элемента 23 появится сигнал 1 (фиг,2д). Сигнал 1 с элемента 23 посчтпит йа третий вход ключ-а 2А и разрешит балансировку. При подаче команды Ба- лансировка -. сигнала 1 (фиг,2ж) - на второй вход ключа 24 сигналы с генератора 25 импульсов (фиг,2е) пройдут через ключ 24 (фнг,2з), -поступят на счетный вход С реверсивного счетчика,26 и вызовут изменение кода его выходных сигналов. Изменение вы- ходных сигналов реверсивного счетчика 26 вызовет соответствующее сраба- тьгаание ключей 17 преобразователя, . что приведет к уменьшению (увеличе

15 -Unoo на выходах компараторов 20

0

25

35

0

40

и 21 -установятся сигналы 1 (фиг,2в, г), которые установят на выходе элемента 23 сигнал О (фяг,2д) Этот сигнал закроет ключ 24 и запретит прохождение сигналов (фиг,2ж) с генератора 25 импульсов на реверсивный счетчик 26, На входах счетчика 26 зафиксируется код, соответствующий сбалансированному состоянию тензоусилителя ,

В этом состоянии выходной сигнал измерительного усилителя 2 равен нулю Uftbiv. - О, следовательно, равен нулю и сигнал разбаланса тензомоста 1 IP О, а так как к верхнему полюсу диагонали питания в ЦАП подводится стабильный- по значению ток 1о, то такой же ток отводится от нижнего полюса,

При воздействии измеряемой физической величины иа тензорезистор его сопротивление изменяется, Если этот тензорезистор .включен в плечо 8 (7), то выходной сигнал Ugbiv тензоусилителя связан с изменением его - сопротивления выражением

и

еы) ±K(T,-I)-i| (1

-i AS- )

2 R a если включен в плечо 10(9), то

и Вых. 6

( п

1 2

A.R --g-).

где К - коэффициент, определяемый, параметрами элементов тензоусилителя;1о - суммарный ток, протеканлций

через плечи 9 и 10; ) - суммарный ток, протекающий

через плечи 7 и 8; - балансировочный ток;

tftfl.

П1Ш11И1П1111111111П1Ш,,,ШШШ1ШШ 1111Ш11Ш

IjlllIIIIlIlllilllllillL

ЛЯУЖШШи

ftft

ЛЯУЖШШи

ftft